Особенности деформирования породного массива и состояния выработанного пространства при подземной газификации угольного пласта.

Г.В. Орлов, (кандидат технических наук, профессор, Московский государственный горный университет)

 
Журнал Маркшейдерия и Недропользование

Установлено, что быстрота распространения процесса сдвижения в толще пород позволяет использовать  закономерности сдвижения земной поверхности для оперативного контроля за выгазовыванием угольного пласта.

Технологические параметры и специфика процесса подземной газификации углей определяют формы выгазованного пространства и характер сдвижения вышележащей толщи пород и земной поверхности, которые, в свою очередь, оказывают непосредственное влияние на стабильность ведения технологического процесса и его техникоэкономические показатели.

Практика разработки угольных месторождений методом подземной газификации потребовала решения задачи, по своей постановке обратной той, которая решается в условиях шахтной разработки. Зная границы мульды сдвижения земной поверхности, местоположение характерных точек кривой оседания, распределение сдвижений по площади мульды, а также некоторые горно-геологические характеристики (угол падения пласта, глубину его залегания, состав покрывающих пород и др.), можно определить в любой момент с достаточной для практики точностью положение контура выгазованного пространства, участки наиболее интенсивного выгазовывания угольного пласта и степень его извлечения по мощности.

Метод определения положения границ выработанного пространства, основанный на закономерностях процесса сдвижения земной поверхности, был разработан для подземной газификации угольного пласта в условиях Подмосковного бассейна.

Развитие промышленных работ по газификации мощного (до 20 м) пласта Ангренского буроугольного  месторождения с глубиной залегания до 220 м потребовало проведения дополнительных исследований по сдвижению горных пород и земной поверхности, направленных на установление возможности применения установленных закономерностей и разработку новых приёмов, позволяющих осуществлять маркшейдерский контроль за полнотой извлечения полезного ископаемого в более сложных условиях.

Эффективное решение задачи в такой постановке возможно лишь в случае достаточно детальной изученности основных характеристик и параметровсдвижения горных пород и земной поверхности в их взаимосвязи с другими горно-геологическими и горнотехническими факторами.

Исследования процесса сдвижения предусматривали установление общих закономерностей и различий в поведении земной поверхности над шахтными выработками и участками газификации (подземными газогенераторами), расположенными по соседству с шахтой. В задачи исследований входило: определение значений основных параметров сдвижения (углов сдвижения, максимальных оседаний и горизонтальных сдвижений, деформаций и др.), выявление местоположения характерных точек кривой оседания относительно границ выработок и установление возможности применения закономерностей процесса сдвижения земной поверхности для маркшейдерского контроля за полнотой отработки мощного угольного пласта при подземной газификации на глубинах до 220 м.

К участкам наблюдений предъявлялись определённые требования. Во-первых, лавы и газогенераторы должны находится в близких горно-геологических условиях и граничить с целиками угля, а не с выработанным пространством и, во-вторых, в лаве должна осуществляться выемка первого и второго слоёв угольного пласта. С учётом изложенных требований наблюдения были поставлены над двумя лавами шахты №9 ПО «Средазуголь» и пятью подземными газогенераторами Ангренской станции «Подземгаз».

На участках наблюдений юрские отложения представлены угленосной и каолиновой свитами. Мощность угленосной свиты, состоящей из чередующихся слоёв глин и песчаников, в пределах участков газификации составляет в среднем 10 м, в районе шахтных выработок – 27 м. Каолиновая свита имеет везде почти одинаковую мощность (35-37 м) и сложена каолиновыми глинами, запесоченными глинами и песчаниками. В пределах участков газификации выше каолиновой свиты залегают меловые и сузакские отложения, представленные песками, песчаниками и алевролитами. Суммарная мощность их составляет 38 м. Эта толща пород над лавами шахты отсутствует. Алайские отложения представлены известняками одинаковой мощности (около 18 м). В геологическом разрезе над лавами мергели туркестанского яруса отсутствуют; на участках газификации они имеют мощность около 15 м. Четвертичные отложения на участках наблюдений представлены суглинками мощностью 10 и 23 м.

Лабораторные испытания показали, что большинство образцов глин и песка, слагающих кровлю угольного пласта, имеют предел прочности на одноосное сжатие 1,12 - 1,32 МПа и менее. Наиболее крепкие породы (песчаник, известняк) обладают также сравнительно небольшим пределом прочности – 7,4-14,9 МПа. Известняк сильно нарушен трещинами, что значительно снижает его прочность в массиве. Глубина залегания кровли угольного пласта на участках газификации 120-140 м, на шахте – 105-110 м. Таким образом, несмотря на некоторые различия в мощности покрывающих пород, участки наблюдений находились в близких горно-геологических условиях.

Читать далее

© Г.В. Орлов, "Маркшейдерия и недропользование" № 6 - 2010г.